(57)【要約】【課題】複数のバッテリセルを信頼性よくかつ簡素な構成で集合、一体化させた電池モジュールを提供すること。【解決手段】ほぼ直方体状の形状を有するバッテリセルと、バッテリセルの直方体状の形状のもっとも広い２面のうちの一方の面に離間して対向する壁状部と、バッテリセルの上記一方の面の四隅領域それぞれに対向しておのおの位置する、壁状部から突き出した段状部とを有するケーシング部材と、を具備し、バッテリセルとケーシング部材との組が、ケーシング部材をひとつずつ介してバッテリセルが積層的に位置するように、複数設けられている。【選択図】図３
2010108733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ほぼ直方体状の形状を有するバッテリセルと、
前記バッテリセルの前記直方体状の形状のもっとも広い２面のうちの一方の面に離間して対向する壁状部と、前記バッテリセルの前記一方の面の四隅領域それぞれに対向しておのおの位置する、前記壁状部から突き出した段状部とを有するケーシング部材と、を具備し、
前記バッテリセルと前記ケーシング部材との組が、前記ケーシング部材をひとつずつ介して前記バッテリセルが積層的に位置するように、複数設けられていること
を特徴とする電池モジュール。
【請求項２】
前記ケーシング部材のそれぞれが、前記壁状部のほぼ中央の部分に開口を有することを特徴とする請求項１記載の電池モジュール。
【請求項３】
前記バッテリセルのそれぞれが、弾力性のある絶縁フィルムで覆われていることを特徴とする請求項２記載の電池モジュール。
【請求項４】
前記ケーシング部材のそれぞれが、前記段状部がおのおの複数に分かれて前記壁状部から突き出していることを特徴とする請求項１記載の電池モジュール。
【請求項５】
前記ケーシング部材のそれぞれが、前記段状部のおのおのとして、溝によって複数に分かれた形状で前記壁状部から突き出していることを特徴とする請求項４記載の電池モジュール。
【請求項６】
前記ケーシング部材のそれぞれが、前記壁状部の端部から起立した起立部を有し、該起立部が、前記バッテリセルの前記一方の面の側から該一方の面に対向する面の側に該対向する面を超えるように起立して、該起立部の端面が、隣に位置するケーシング部材の前記壁状部に対向していることを特徴とする請求項１記載の電池モジュール。
【請求項７】
前記ケーシング部材どうしが、その一方のケーシング部材の前記起立部の前記端面において他方のケーシング部材の前記壁状部に接着剤により固定されていることを特徴とする請求項６記載の電池モジュール。
【請求項８】
前記バッテリセルと前記ケーシング部材とが、該ケーシング部材の前記段状部において接着剤により固定されていることを特徴とする請求項１記載の電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のバッテリセルを有する電池モジュールに係り、特に、複数のバッテリセルをケーシング部材を介して集合させ一体化構成とした電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＨＥＶ（hybrid electric vehicle）、ＥＶ（electric vehicle）などの車両で使われるバッテリ装置は、比較的高出力でかつ頻繁な出力変化に対応する必要がある。一般的に、必要な出力や容量に応じてバッテリセルを複数個電気的に接続しかつ機械的にも一体化されたひとつの電池モジュールとして構成されている。電池モジュールの各バッテリセルは、放熱性を考慮して、例えば、それらの間に適度の空間が生じるような配置にされている。
【０００３】
複数のバッテリセルを機械的に一体に保持しかつそれら間に空間が生じるような配置にするための部材については、次のような一般的に望まれる条件がある。まず、その部材自体が小型、軽量、簡素な構成であり、さらに各バッテリセルの放熱性を妨げないことが好ましい。これらに加えて、各バッテリセルが経時的に変形する場合もあることに注意が必要である。すなわち、使用時に経時的に内部のガス圧力が変化し外装缶に変形をもたらす。このような変形に対しても一体に保持された状態を信頼性を損ねることなく維持することが必要になる。
【０００４】
なお、上記用途の電池モジュールの例として、下記特許文献１に開示のものがある。この開示には、複数のバッテリセルを機械的に一体に保持する部材の構成について、本願内容に類似する事項が開示されている。しかしながら、組み立ての容易性、部材の数、バッテリセル数の可変対応などの点で、さらなる考慮がなされ得る余地があると見ることができる。
【特許文献１】特開平１１−４５６８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記した事情を考慮してなされたもので、複数のバッテリセルを有する電池モジュールにおいて、複数のバッテリセルを信頼性よくかつ簡素な構成で集合、一体化させた電池モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するため、本発明の一態様である電池モジュールは、ほぼ直方体状の形状を有するバッテリセルと、前記バッテリセルの前記直方体状の形状のもっとも広い２面のうちの一方の面に離間して対向する壁状部と、前記バッテリセルの前記一方の面の四隅領域それぞれに対向しておのおの位置する、前記壁状部から突き出した段状部とを有するケーシング部材と、を具備し、前記バッテリセルと前記ケーシング部材との組が、前記ケーシング部材をひとつずつ介して前記バッテリセルが積層的に位置するように、複数設けられていることを特徴とする。
【０００７】
すなわち、この電池モジュールは、基本的に、バッテリセルとケーシング部材とで構成される組を複数用意し、これらを、バッテリセルが積層的に位置するような配置で構成したものである。ケーシング部材には、バッテリセルの最も広い面に対向位置する壁状部と、この壁状部から突き出して設けられた、バッテリセルの上記最も広い面の四隅領域それぞれに対向して位置する段状部とがある。この段状部は、バッテリセルの変形の小さい箇所に対向することになる。よって、バッテリセルの経時的な変形にかかわらず、もっとも安定的にバッテリセルを集合、一体化している状態を保てるので、信頼性向上を図ることができる。また、ケーシング部材の機能的なまとまりによって、電池モジュールとしての簡素な構成に寄与できる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、複数のバッテリセルを有する電池モジュールにおいて、複数のバッテリセルを信頼性よくかつ簡素な構成で集合、一体化させた電池モジュールを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の実施態様として、前記ケーシング部材のそれぞれが、前記壁状部のほぼ中央の部分に開口を有する、とすることができる。開口を設けることの利点は、そのひとつとして、壁状部に対向するバッテリセルのもっとも広い面の中央付近での経時的変形に対応して、ケーシング部材とバッテリセルとの位置的な干渉を避けることができる点にある。バッテリセルの変形は、そのもっとも広い面の中央付近で最大になる。また、通風のための開口となることから放熱の意味でも好ましい。
【００１０】
ここで、前記バッテリセルのそれぞれが、弾力性のある絶縁フィルムで覆われている、とすることができる。壁状部に開口を設けた場合、バッテリセルどうしが変形で接触する可能性が生じる。これにより望まない電気的な導通が生じ得るので、これを避けるためバッテリセルを弾力性のある絶縁フィルムで覆うようにしたものである。
【００１１】
また、実施態様として、前記ケーシング部材のそれぞれが、前記段状部がおのおの複数に分かれて前記壁状部から突き出している、とすることができる。段状部のおのおのが複数に分かれて突き出す形態の場合、その段状部どうしの間に空間が生じる。この空間は、例えば、バッテリセルとケーシング部材とを段状部において接着剤で固定する場合に、接着剤溜りの空間となる。すなわち、余分な接着剤を受け止め接着剤による固定状態をより健全にすることができる。
【００１２】
ここで、前記ケーシング部材のそれぞれが、前記段状部のおのおのとして、溝によって複数に分かれた形状で前記壁状部から突き出している、とすることができる。これは、溝によって上記の空間を設定するものであるが、この場合、その空間形状が制御しやすく、接着剤溜りの空間としてより適切である。
【００１３】
また、実施態様として、前記ケーシング部材のそれぞれが、前記壁状部の端部から起立した起立部を有し、該起立部が、前記バッテリセルの前記一方の面の側から該一方の面に対向する面の側に該対向する面を超えるように起立して、該起立部の端面が、隣に位置するケーシング部材の前記壁状部に対向している、とすることができる。これは、バッテリセルからみて、その最も広い面のうちの一方の面に対向する壁状部との間は、段状部により距離が保たれるところ、その他方の面に対向する壁状部との間については、起立部におよりある程度の距離を保つように構成したものである。これにより、バッテリセルから見て、これを挟んで位置する両方のケーシング部材との距離が保たれ、バッテリセルの変形にさらに対応できる。
【００１４】
ここで、前記ケーシング部材どうしが、その一方のケーシング部材の前記起立部の前記端面において他方のケーシング部材の前記壁状部に接着剤により固定されている、とすることができる。これは、ケーシング部材どうしを固定するためのひとつの形態である。接着剤以外にも、例えば、ねじ止めを採用することもできる。電池モジュールの全体を別の部材で補強するように一体化してもよい。
【００１５】
また、実施態様として、前記バッテリセルと前記ケーシング部材とが、該ケーシング部材の前記段状部において接着剤により固定されている、とすることができる。これは、バッテリセルとケーシング部材とを固定するためのひとつの形態である。電池モジュールの全体を別の部材で補強するように一体化してもよい。
【００１６】
以上を踏まえ、以下では本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る電池モジュールを構成するためのユニット部分を示す斜視図である。まず、このユニット部分の構成を説明する。
【００１７】
このユニットは、バッテリセル１０とケーシング部材２０との組み合わせで構成されている。バッテリセル１０は、例えばアルミニウム製の外装缶を備えてほぼ直方体状の形状を有し、そのもっとも広い２面のうちの一方の側の面は、ケーシング部材２０から開放された開放面になっている。なお、このユニットは、バッテリセル１０を２個、図示するように横方向に並べてケーシング部材２０に収めているが、最終的な電池モジュールとして必要なバッテリセル数によって、これには限られない。ケーシング部材２０がバッテリセル１０を１個のみ収める形態としてもよく、または、図示の形態を発展させて３個以上を横方向に並べて収める形態とすることもできる。
【００１８】
バッテリセル１０は、直方体状の形状のうちのもっとも狭い面の一方に電極１１、１２を有する。この面を除いて、バッテリセル１０は、ある程度弾力性のある絶縁フィルム１３で覆われている。このように弾力性のある絶縁フィルム１３で覆うのは、このユニットを積層状に位置させて電池モジュールを構成した場合に、バッテリセル１０が経時的に変形して、バッテリセルどうしが意図しない電気的接触状態になるのを避けるためである。見積もられるバッテリセル１０の変形の程度に対して、十分にバッテリセル間に空間を確保できる場合には、絶縁フィルム１３を省略した構成も考えられる。
【００１９】
なお、符号２１は、ケーシング部材２０と一体的に形成された通気孔部である。詳しくは後述する（図３）。通気孔部２１を含めてケーシング部材２０は、例えば、ポリカーボネートのような樹脂を用いて金型成形により形成することができる。ポリカーボネート樹脂以外では、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂やＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）樹脂も採用し得る。適宜、樹脂中に補強材を含有させるようにして剛性を増すようにしてもよい。なお、バッテリセル１０は、例えば、リチウムイオン電池やニッケル水素電池のような２次電池である。
【００２０】
図２は、図１中に示したＡ−Ａａ位置における矢視方向の断面図である。図２において、図１中に示した構成要素との対応部分には同一の符号を付してある。図２に示すように、バッテリセル１０の開放面に対して、ケーシング部材２０の起立した部分の高さは多少高くなっている（図２中の「Ｓ」で表示）。これは、このユニットを積層状に位置させて電池モジュールを構成した場合に、バッテリセル１０と、隣のケーシング部材との間に空間を確保する目的からである。
【００２１】
なお、バッテリセル１０と、これと組になる図示のケーシング部材２０との間にも空間を確保するための構成が設けられている。これについては次述する。これらの空間は、バッテリセル１０の経時的な変形に対応するためである。図２に示すような、バッテリセル１０と、隣のケーシング部材との間に空間Ｓを確保することについては、バッテリセル１０と、これと組になる図示のケーシング部材２０との間に空間を設けるのみでバッテリセル１０の変形に十分対応できる場合には、省略することもできる。
【００２２】
図３は、図１に示したユニット部分をバッテリセルとケーシング部材とに分解して示す分解斜視図である。図３において、すでに説明した図中に示したものと同一のものには同一番号を付してある。図３においては、バッテリセル１０と、これと組になるケーシング部材２０との間に空間を設けるための構成などを説明する。
【００２３】
ケーシング部材２０は、バッテリセル１０の最も広い面の一方に対向する壁状部２２を有し、壁状部２２には、バッテリセル１０のもっとも広い面の四隅領域それぞれに対向しておのおの位置する、壁状部２２から突き出した段状部２３が設けられている。段状部２３は、バッテリセル１０の変形の小さい箇所に対向しており、よって、バッテリセル１０の経時的な変形にかかわらず、安定的にバッテリセル１０との位置関係を保つことができる。段状部２３により、バッテリセル１０と壁状部２２とが離間されそれらの間には空間が確保される。段状部２３として、具体的にその高さは例えば１．５ｍｍ程度にすることができる。
【００２４】
壁状部２２には、さらに、その中心付近に広めの開口２２ａを設けている。この開口２２ａも、バッテリセル１０の経時的な変形に対応するためのものである。すなわち、段状部２３を設けることで壁状部２２とバッテリセル１０との間に空間が確保されるところ、壁状部２２に開口２２ａを設けると、バッテリセル１０の変形がさらに大きくなる場合にもそれら間の干渉を回避することができる。例えば、ケーシング部材２０の壁状部２２の厚さを１ｍｍ程度とすれば、段状部２３（高さ例えば１．５ｍｍ）と合わせてバッテリセル１０の変形に対する余裕は大きく広がる。また、単に段状部２３の高さを高くするより、電池モジュールとしてコンパクトなまとまりになる。
【００２５】
なお、壁状部２２に開口２２ａを設けない場合には、バッテリセル１０が経時的に変形して、バッテリセルどうしが意図しない電気的接触状態になることを考慮する必要はなく、バッテリセル１０に絶縁フィルム１３を設けるには及ばない。ただし、その場合でも開口２２ａを設けても問題はない。
【００２６】
壁状部２２の端部から起立して設けられた起立部２４は、バッテリセル１０をケーシング部材２０内に収めるための位置規制の機能を有するとともに、すでに説明したように（図２）、バッテリセル１０と、隣のケーシング部材との間に空間を確保するようにその高さを設定することができる。なお、起立部２４、段状部２３、開口２２ａ、通気孔部２１などもまとめてケーシング部材２０として一体成形で形成することができる。
【００２７】
バッテリセル１０の電極１１、１２が設けられている面のほぼ中央には、ガス排気面部１４が設けられている。ガス排気面部１４は、バッテリセル１０内部のガス圧が使用時にある程度以上上昇した場合にこれを逃がす機能を有している。ガス排気面部１４の位置に対応してケーシング部材２０には、通気孔部２１が設けられている（図２の断面図が分かりやすい）。ケーシング部材２０の通気孔部２１は、このユニットが積層的に重ねられて電池モジュールが組み上げられたときに、複数のユニットを貫いてひとつに連通してひとつの通気孔として機能する。
【００２８】
次に、図４は、図１に示したユニット部分に使用されているケーシング部材を示す斜視図である。図４において、すでに説明した図中に示したものと同一のものには同一番号を付してある。図４においては、ケーシング部材２０の壁状部２２に設けられた段状部２３についてさらに説明する。段状部２３は、バッテリセルを接着剤でケーシング部材２０に固定するための部位として利用できる。
【００２９】
すなわち、段状部２３は、図示するように、バッテリセルのもっとも広い面の四隅それぞれに対応して、おのおの複数に分かれて突き出しているようにすると、バッテリセルをこのケーシング部材２０に接着剤で固定する場合に都合がよい。すなわち、段状部２３が、おのおの複数に分かれて突き出すことで、それらの複数のものの相互間に空間が生じる。この空間は、バッテリセルとケーシング部材２０とを段状部２３において接着剤で固定する場合に、接着剤溜りの空間となる。すなわち、余分な接着剤を受け止め接着剤による固定状態をより健全にする機能が生じる。
【００３０】
とりわけ、図示するように、ケーシング部材２０の段状部２３のおのおのが、溝によって複数に分かれた形状で壁状部２３から突き出していると、この溝が上記の空間に相当し、その空間サイズを設計しやすく、接着剤溜りの空間としてより適切である。なお、この接着剤としては、例えば、２液系の常温硬化型エポキシ樹脂を使用することができる。常温硬化型とするのは、バッテリセルに直接接触する接着剤であるため、固着時にバッテリセルに高温が伝わる恐れが生じる熱硬化型とするのが適当でないことによる。
【００３１】
また、このケーシング部材２０には、放熱のための通風を確保するように、２つのバッテリセル間に連なる位置にスリット２２ｂを設けている。この通風には、図２で説明したケーシング部材２０の起立した部分の高さの設定によるものや、段状部２３の高さの設定によるもの、壁状部２２に設けられた開口２２ａも同じ機能として関係している。
【００３２】
次に、図５は、図１に示したユニット部分を積層する配置を示す分解斜視図である。図５において、すでに説明した図中に示したものと同一のものには同一番号を付してある。図５においては、以上説明したユニット部分を積層して電池モジュールを構成する態様を説明する。
【００３３】
図５に示すように、各ユニット部分は、積層的に位置するバッテリセル１０どうしの間にケーシング部材２０が位置するように、重畳される。図示では３つ重ねるようにしているが、モジュールとして必要な数だけ重畳する。この重畳においては、ひとつのケーシング部材２０の起立した部分の端面が、隣に位置するケーシング部材の壁状部の外側の面に対向することになる。この対向部分では、例えば接着剤でそれらを相互に固定することができる。この接着剤はバッテリセル１０に直接接触する接着剤ではないので、例えば熱硬化性の接着剤とすることができる。
【００３４】
接着剤により一体化したのち、各バッテリセル１０の電極間を導電部材で所定に接続することでひとつの電池モジュールが得られる。このモジュールは、バッテリセルの経時的な変形にかかわらず、安定的にバッテリセルを集合、一体化している状態を保てるので、信頼性向上が図れている。また、ケーシング部材２０の上記説明したような機能的なまとまりによって、電池モジュールとして簡素な構成になる。さらに、電池モジュールとして必要なバッテリセル数に応じて、その数を可変することが容易である。
【００３５】
なお、電池モジュールとしての一体性をより強固にするため、ユニット部分を重畳したあと、全体を補強する部材を電池モジュールの外側に取り付けるようにしてもよい。また、このような補強部材を設ける場合には、ケーシング部材２０の起立した部分とその隣のケーシング部材との間を接着剤で固定しないような態様とすることもできる。また、補強部材を設ける場合で、バッテリセル１０と、隣のケーシング部材との間に空間を設けないときには、段状部２３とバッテリセル１０とを接着剤で固定しない態様とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態に係る電池モジュールを構成するためのユニット部分を示す斜視図。
【図２】図１中に示したＡ−Ａａ位置における矢視方向の断面図。
【図３】図１に示したユニット部分をバッテリセルとケーシング部材とに分解して示す分解斜視図。
【図４】図１に示したユニット部分に使用されているケーシング部材を示す斜視図。
【図５】図１に示したユニット部分を積層する配置を示す分解斜視図。
【符号の説明】
【００３７】
１０…バッテリセル、１１…電極、１２…電極、１３…絶縁フィルム、１４…ガス排気面部、２０…ケーシング部材、２１…通気孔部、２２…壁状部、２２ａ…開口、２２ｂ…スリット、２３…段状部、２４…起立部。
【図１】
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【図２】
2010108733.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2010108733.tif 000007